芯耀
2113
去年十二月份《華為人》的一次訪談揭開了“衛(wèi)星通話”的神秘外衣，“掰掉衛(wèi)星電話的外置天線”，把衛(wèi)星天線裝進(jìn)手機(jī)的天才設(shè)計(jì)終于揭開了真面目。
這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明人就是華為"天才少年"——孫利濱。
關(guān)于孫利濱，IEEE上給出了比較詳細(xì)的介紹
“Libin Sun (Student Member, IEEE) received the B.S. degree from Xidian University, Xi’an, China, in 2016. He is currently pursuing the Ph.D. degree with the Department of Electrical and Engineering, Tsinghua University, Beijing, China.,His current research interests include antenna design and theory, particularly in 5G terminal antennas, MIMO and diversity antennas, circularly polarized antennas, and leaky-wave and surface-wave antennas.,Mr. Sun was a recipient of the Top 50 Outstanding Reviewer Award of the IEEE Transactions on Antennas and Propagation in 2019. He serves as a Reviewer for the IEEE Transactions on Antennas and Propagation, the IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE Access, IET Electronics Letters, Microwave and Optical Letters, and the International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering.”
孫利濱在完成博士學(xué)業(yè)之后，作為天才少年加入華為，通過兩年的努力，和團(tuán)隊(duì)攻克了“手機(jī)衛(wèi)星通話”這個(gè)業(yè)界空白，成功應(yīng)用在華為Mate60 手機(jī)上，并且成為華為終端BG2023年十大發(fā)明之一。
做天線的人可能都知道，增益對(duì)于天線是多么的重要，如何提高天線的增益是很多天線人的追求。對(duì)于衛(wèi)星天線來說，其增益更為重要，要比普通的手機(jī)天線增益提高9-10dB。
對(duì)于空間受限的手機(jī)來說，不要說增加9dB，就是1dB都是非常困難的。增加9-10dB，換成大家都能懂得話，就是天線的接收能力和發(fā)射能力都要比普通天線提高8倍。這簡直就是天方夜譚。以至于在華為“”衛(wèi)星通話剛出來的時(shí)候，很多人覺得是通過提高發(fā)射功率來實(shí)現(xiàn)的。
關(guān)于衛(wèi)星通信天線的問題，很多人都會(huì)想到采用圓極化天線。因?yàn)閳A極化天線本身就是衛(wèi)星通信的一個(gè)常用方案，比如四臂螺旋天線。但是要在小小的手機(jī)上設(shè)計(jì)圓極化天線是非常困難的。
“因此，當(dāng)時(shí)大家建議拿手機(jī)殼去做外置的天線，以此實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。雖然差距巨大，但是我始終相信能夠用技術(shù)解決的問題，都不是什么大問題。我和團(tuán)隊(duì)打破常規(guī)的天線設(shè)計(jì)思路，另辟蹊徑，提出了圓極化手機(jī)天線的設(shè)計(jì)范式。為了對(duì)抗電離層的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，星載天線一般都采用圓極化天線，然而終端天線還沒有做過圓極化天線的研究。受到我的導(dǎo)師王漢陽老師共模/差模理論的啟發(fā)，我提出了采用X模式天線在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)圓極化設(shè)計(jì)的天線方案。”
在2024年，孫利濱發(fā)表的論文“Circularly-Polarized Antenna Design in Mobile Phones by the Combination of Common and Differential Modes”給出了這種X模式圓極化天線的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)思路是通過采用槽蝕平面倒 F 天線 （PIFA） 或槽蝕空腔天線，一組正交極化模式，即 CM 和 DM，可以通過不對(duì)稱饋電端口同時(shí)激勵(lì)。然后，通過微調(diào)所提出的正交模式的諧振頻率，可以在兩種模式之間實(shí)現(xiàn) 90 度的相移，從而在末端發(fā)射方向上實(shí)現(xiàn)良好的 CP 性能。仿真結(jié)果表明，對(duì)于 CP PIFA 和腔體天線設(shè)計(jì)情況，可以分別實(shí)現(xiàn) 1.62 和 3.09 dBic 的良好左旋 CP 方向性。
文章部分截圖如下：
這種天線的具體設(shè)計(jì)也在專利CN118786582A上做了詳細(xì)說明。
一個(gè)復(fù)雜的難題，通過一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)就迎刃而解了。
在文章中，還給出了天線解耦的一個(gè)思路，“把兩個(gè)天線看作一個(gè)整體，發(fā)射一組正交模式的信號(hào)，只要把兩個(gè)模式的阻抗調(diào)成一致，無論這兩個(gè)天線距離多近，也不存在互耦干擾?！?并且這個(gè)正交模天線也被應(yīng)用在了華為的旗艦手機(jī)中。
其實(shí)，做設(shè)計(jì)就是這樣，墨守成規(guī)則不進(jìn)則退，只有打破常規(guī)，才能取得意想不到的收獲。
下文是DeepSeek給出的設(shè)計(jì)手機(jī)衛(wèi)星天線的過程：
| 設(shè)計(jì)集成在手機(jī)內(nèi)的衛(wèi)星通信天線涉及多個(gè)關(guān)鍵步驟和技術(shù)挑戰(zhàn)，以下是主要設(shè)計(jì)思路：
### 1. **需求分析** - **頻率范圍**：確定衛(wèi)星通信的頻率（如L波段、S波段、Ka波段等）。 - **天線增益與方向性**：根據(jù)通信距離和衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度，確定所需增益和方向性。 - **尺寸限制**：天線需適應(yīng)手機(jī)內(nèi)部空間，通常要求小型化。 - **功耗與效率**：確保天線高效工作，減少對(duì)手機(jī)電池的消耗。
### 2. **天線類型選擇** - **貼片天線**：適合小型化設(shè)計(jì)，易于集成，但增益較低。 - **螺旋天線**：適合圓極化信號(hào)，增益較高，但體積較大。 - **縫隙天線**：可集成在手機(jī)外殼上，節(jié)省內(nèi)部空間。
### 3. **天線設(shè)計(jì)** - **仿真與優(yōu)化**：使用電磁仿真軟件（如HFSS、CST）進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保性能。 - **材料選擇**：選擇低損耗、高介電常數(shù)的材料，提升效率。 - **多頻段設(shè)計(jì)**：若需支持多個(gè)頻段，可采用多頻段天線設(shè)計(jì)。
### 4. **集成與布局** - **空間優(yōu)化**：合理布局天線，避免與其他組件（如電池、攝像頭）干擾。 - **接地與屏蔽**：確保良好的接地和屏蔽，減少干擾。 - **天線調(diào)諧**：使用可調(diào)元件（如變?nèi)荻O管）適應(yīng)不同頻段和環(huán)境。
### 5. **性能測試** - **輻射模式測試**：驗(yàn)證天線的輻射特性是否符合要求。 - **增益與效率測試**：確保增益和效率滿足通信需求。 - **實(shí)際環(huán)境測試**：在真實(shí)環(huán)境中測試性能，確保穩(wěn)定性和可靠性。
### 6. **合規(guī)性與認(rèn)證** - **電磁兼容性（EMC）**：確保天線符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免干擾。 - **SAR值測試**：確保天線輻射在安全范圍內(nèi)。
### 7. **制造與量產(chǎn)** - **制造工藝**：選擇適合大規(guī)模生產(chǎn)的工藝（如PCB天線、LDS天線）。 - **質(zhì)量控制**：確保每部手機(jī)的天線性能一致。
### 8. **軟件支持** - **信號(hào)處理**：優(yōu)化信號(hào)處理算法，提升通信質(zhì)量。 - **用戶界面**：提供友好的衛(wèi)星通信操作界面。
### 9. **未來改進(jìn)** - **新材料與新工藝**：探索新材料（如超材料）提升性能。 - **智能天線技術(shù)**：引入智能天線技術(shù)，增強(qiáng)信號(hào)接收能力。
### 總結(jié) 設(shè)計(jì)集成在手機(jī)內(nèi)的衛(wèi)星通信天線需綜合考慮性能、尺寸、功耗和成本等因素，通過仿真、優(yōu)化和測試確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。 |
如果不去創(chuàng)新，那么AI分分鐘做的比你更出色。因?yàn)槟銜?huì)的，它都會(huì)。但是如果你打破常規(guī)，那么AI只能做你的助手。
